Выхлопы автомобилей превратили воздух городов в ядовитый сизый смог. Оксиды азота, углерода, серы разрушают слизистую оболочку дыхательных путей и глаз. Качество жизни в городах быстро ухудшается: людям нечем дышать, многократно увеличилось число заболеваний дыхательных органов. Человечество ежегодно сжигает до 10 миллиардов тонн условного топлива и взамен выбрасывает в атмосферу до 25 миллиардов тонн углекислоты в сочетании с массой смертельно опасных соединений. В то же время мировые запасы нефти и газа быстро сокращаются.
Возможным выходом из эколого-энергетического тупика является начатая в США замена бензина водородными топливными элементами. В них пористые электроды разделены мембранами с платиновым напылением, а каталитические свойства платины позволяют окислять водород без взрыва и превращать его в обычную воду с огромным КПД, достигающим 75%. В 2001 году Д. Буш заявил, что стратегическая задача Америки — прекратить импорт нефти и освободить страну от энергетической зависимости. Для этого США создают «автомобиль свободы» и «топливо свободы» и для решения такой задачи выделено более трех миллиардов долларов. Фирма «Дженерал моторс» уже разработала автомобиль «Гидроген-3» на водородных элементах, а через несколько лет в США появятся 10 000 водородных автозаправочных станций. Европа выделяет на подобные разработки 5 миллиардов евро. Китай планирует к 2010 год выпускать несколько миллионов автомобилей на водородном топливе.
Энергия, получаемая при окислении водорода, очень велика. По теплоотдаче водород превосходит все виды топлива. Экологически он совершенно безопасен, поскольку при сгорании превращается в обычный водяной пар. Водородно-энергетическая революция коренным образом изменит основы мировой энергетики и экологическую обстановку в мегаполисах будущего.
Но возникает вопрос: где найти обильный источник дешевого водорода? Конечно, чудовищное количество водорода содержится в воде океанов. Однако разложение воды на водород и кислород требует еще большей энергии, чем та, которая возникает при сжигании водорода. Без угля, нефти и газа здесь не обойтись. США, например, планируют получение водорода за счет реакций гидрогенизации каменного угля при его взаимодействии с водяным паром. Заметим, что в США добывают ежегодно 1100 миллионов тонн каменного угля и техническая задача получения водорода за счет каменного угля для них вполне реальна. Китай добывает 1500 миллионов каменного угля и он тоже в состоянии решать эту проблему.
Совсем другое дело — Россия. «Реформаторы» фактически уничтожили отечественную угледобывающую промышленность, затопив только в Восточном Донбассе 47 шахт, где добывалось ценнейшее сырье — антрацит. В 1990 году здесь добывалось 29 миллионов тонн антрацита, сейчас на оставшихся 20 шахтах — только 9 миллионов тонн. Если Россия в 1990 году добывала 460 миллионов тонн угля, то теперь и половины этого количества не наберется, при том, что в 2002 году было вывезено из страны 42 миллиона тонн. В сотнях затопленных и замурованных шахт России осталось 12 миллиардов тонн высококачественного угля на сумму 500 миллиардов долларов. Однако никто из «реформаторов» не пострадал за это чудовищное преступление, некоторые и сейчас руководят нашей страной. Поэтому метод гидрогенизации для России не подходит: угля слишком мало, чтобы наладить его массовую переработку.
Месторождения водорода геологам неизвестны. Но, может быть, их просто не искали? Люди сжигали сначала дрова, потом торф и уголь, потом нефть и метан. Где на планете концентрируется водород? Некоторые ученые отмечали, что выделение водорода характерно для так называемых рифтов, глубинных разломов, проходящих по дну океанов и реже выходящих на континенты. Хотя рифтовые разломы протянулись на десятки тысяч километров, их структуры — плоскости с ничтожным объемом не могут концентрировать глубинный газ и формировать месторождения. Но водород в этих разломах — свидетельство постоянной дегазации планеты.
Еще в 70-х годах прошлого века советский геолог В. Н. Ларин предложил гипотезу гидридного ядра Земли. В отличие от классической точки зрения о железо-никелевом ядре нашей планеты, он высказал мысль, что ядро содержит сверхсжатый водород, оставшийся от протопланетной стадии формирования Земли. Формы нахождения водорода неясны. Возможно, здесь содержится протонная плазма, при «обрастании» которой электронами возникают атомы водорода и выделяется огромная тепловая энергия. Возможно, водород пропитывает железо-никелевое ядро: это явление называется окклюзией и оно наиболее сильно проявлено в платине и палладии, способных впитывать в себя, как губка, до 900 объемов водорода. Напомним, что слияние двух атомов водорода в молекулу также сопровождается мощным выделением тепла и может объяснить энергию глубинных геологических процессов помимо энергии радиоактивного распада.
Это все — гипотезы, но зато достоверно известно, что состав газовых включений в минералах при переходе от горных пород земной коры к породам мантии резко меняется. Если в гранитах в составе газов преобладают соединения кислорода — углекислота и вода (вода в нагретом состоянии — тоже газ), то в породах мантии кислорода почти нет, здесь преобладают водород и метан. Геологи давно обратили внимание на «газовое дыхание» Земли. Обычно его трассировали по выделению гелия.
Известно, что существуют два изотопа гелия: гелий-3 (первичный) и гелий-4 (радиогенный, возникающий при распаде ядер урана и тория). Гелий-3 резко концентрируется в зонах сверхглубинных разломов, проходящих в зонах контакта континентальной и океанической коры: здесь содержание легкого изотопа в тысячу раз выше, чем в породах континентов. Такое смещение изотопных отношений свидетельствует о том, что газ идет из мантии. Вместе с гелием из глубин планеты поднимается водород. Где он может концентрироваться?
По нашему мнению, настоящими потенциальными месторождениями водорода являются вулканы. Геологи обычно изучают разнообразные вулканические породы, но гораздо меньше внимания обращают на газы, сопровождающие извержения. Это понятно, поскольку газы собирать и анализировать трудно, а камни — легко. Между тем объем газа, выделяющегося при извержениях, в сотни, тысячи, а иногда в десятки тысяч раз превышает объем лавы. Объем выброшенного за одно извержение силикатного расплава редко превышает 0,5 кубического километра, тогда как газы в виде гигантского столба окутывают вулканический конус и уходят в стратосферу.
Газы обычно исследуют вулканологи. С опасностью для жизни они набирают в пробирки раскаленные газы, поднимающиеся с поверхности расплавленной лавы: в пробах резко преобладают вода и углекислота. Но очевидно, что эти газы — только вторичные продукты, возникшие при сгорании водорода и метана. Геофизические исследования показывают, что под вулканами находятся грандиозные столбы нагретого пластичного вещества диаметром в десятки и сотни километров, уходящие на тысячи километров вглубь планеты к границе жидкого ядра и нижней мантии.
Нагрев пород сопровождается концентрацией рассеянного газа, т. е. водорода и метана. В виде огромных легких пузырей эта потенциально горючая и взрывчатая смесь, устойчивая в глубинной бескислородной среде, поднимается вверх и формирует путь для нагретого столба горных пород. Гигантские многокилометровые конусы вулканов состоят из пепла и лавы, которые вынесли и насыпали газовые потоки. Поэтому вулканы — это глубинные трубы, по которым идет мощный поток мантийных газов, а «заодно» выбрасывается относительно немного расплавленной магмы.
Почему лава раскалена до 1500°С? Ведь геофизики уже давно установили, что верхняя мантия Земли — твердая и нагрета всего до 600°С. Откуда берется огромная дополнительная энергия, создающая кипящий силикатный расплав? Тепловыделяющие элементы — уран и торий — в мантии практически отсутствуют, здесь их в тысячи раз меньше, чем в земной коре. Видимо, плавление пород связано с мощными экзотермическими реакциями окисления водорода и метана, происходящими в жерлах вулканов. Страшные вулканические взрывы, уходящие под облака огненные столбы, жуткий рев газовых потоков — все эти явления напоминают аварии мощных газовых скважин и принципиально от них не отличаются. Ведь лава — не динамит, она взрывается лишь в том случае, если насыщена газом.
Огромная тепловая энергия окисления водорода в жерлах вулканов плавит горные породы, катастрофически греет атмосферу, наводит ужас на население окружающих городов. Известны трагедии Геркуланума, Помпей и Стабии, уничтоженных Везувием в 79 году н. э. или города Сен-Пьер на острове Мартиника, мгновенно сгоревшего вместе с 30 тысячами жителей при извержении вулкана Мон-Пеле в 1902 году. В 1883 году произошел чудовищный взрыв вулкана Кракатау, когда на воздух было поднято 18 кубических километров горных пород! В атмосферу при этом были выброшены тысячи кубических километров газа!
Как исползать грандиозную планетарную энергию на пользу человечества? Техническое решение проблемы видится в подключении к естественным газопроводам планеты путем бурения наклонных скважин под основание регулярно действующих вулканов. Задача газовиков будущего — перехват неокисленного мантийного газа до того, как он сгорит в жерле беснующегося вулкана.
Россия обладает уникальным опытом бурения сверхглубинных скважин. В СССР был установлен мировой рекорд глубины бурения более 12,5 километров, который до сих пор не перекрыт. Бурение газовых скважин под основание вулканов не требует такой глубины, но все же техническое решение здесь непростое из-за агрессивности глубинных газов, высокой температуры и высоких давлений. Однако каждое извержение — это 3—5 миллиардов кубометров газа с преобладанием водорода. Это потенциальное сырье для водородных элементов, многие миллиарды кВт/часов электроэнергии.
Комплекс современных геофизических методов — гравика, сейсмика, магниторазведка и электроразведка позволяют получить объемную детальную модель вулкана, вычислить точные координаты подземной «газовой трубы» и направить скважины в заданную цель. Глубина скважин составит несколько километров. Постоянный отвод газов из под дремлющих вулканов предотвратит катастрофические извержения вулканов Европы и позволит спокойно жить в окрестностях Везувия и Этны, решит энергетические и экологические проблемы Японии и Камчатки. На базе газовых месторождений, скрытых под вулканами пустынных Курильских островов, вырастут заводы новейших технологий, производящие водородно-энергетические элементы. Огненные вулканические пояса Земли станут главными источниками энергии, а экологически опасные уран, уголь, нефть потеряют свое значение.
Вулканы действуют на Земле миллиарды лет, именно к ним тянутся с границы жидкого ядра и нижней мантии естественные газопроводы, дренирующие ядро планеты. Значит, в недрах планеты действительно хранятся огромные запасы космического водорода, основного строительного «кирпича» Вселенной. Успешное подключение к планетарным газовым трубам, где роль «терминалов» выполняют вулканические конуса, приведет к небывалому энергетическому прорыву человечества. Сгорающий без пользы водород вулканов станет основой экологически чистой грандиозной энергетики будущего.
Россия обладает значительной частью планетарного пояса «огненных гор». Она тоже могла бы перейти на водородное топливо — за счет со здания уникальной водороддобывающей промышленности. Но решение такой жизненно важной задачи возможно лишь при условии концентрации всех сил общества, и наличии честного и умного «государственного капитализма»
,
доктор геолого-минералогических наук, профессор, академик РАЕН
